(57)【要約】  本発明は、燃料電池用分離板及びこれを含む燃料電池に係り、より具体的には、燃料電池用分離板に形成された流路の内部に島（ｉｓｌａｎｄ）形態のパターンを形成して、流路内で不規則的な流速分布と一定流量分布を誘導することによって燃料電池の効率と性能を向上させ、燃料電池駆動時の乾燥現象を防止することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横チャンネルと縦チャンネルを含む流路が形成された燃料電池用分離板において、
前記横チャンネルに交互に離隔されて配列された第１パターン及び第２パターンを含み、
前記第１パターン及び第２パターンは、横断面が多角形の柱状の立体構造物であり、
前記第１パターン及び第２パターンは、横断面が互いに１８０゜回転された形状になるように配列され、
前記横チャンネルの側壁から前記第１パターン及び第２パターンがそれぞれ離隔された距離が相違する、燃料電池用分離板。
【請求項２】
前記第１パターンは、前記横チャンネルの両側壁からそれぞれ離隔された距離が相違し、
前記第２パターンは、前記横チャンネルの両側壁からそれぞれ離隔された距離が相違する、請求項１に記載の燃料電池用分離板。
【請求項３】
前記多角形は、台形、三角形、平行四辺形、四角形、五角形及び六角形の中で選択された１種以上である、請求項１または２に記載の燃料電池用分離板。
【請求項４】
前記流路は、曲射型（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ）、絡み合い型（ｉｎｔｅｒｇｒａｔｅｄ）及び平行型（ｐａｒａｌｌｅｌ）の中で選択された１種以上である、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池用分離板。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池用分離板を含む、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１６年１１月１４日付韓国特許出願第１０−２０１６−０１５１３５１号及び２０１７年３月１６日付韓国特許出願第１０−２０１７−００３３０６１号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として含む。
【０００２】
本発明は、燃料電池用分離板に形成された流路の形態変化を通じて燃料電池の効率を上昇することができる、燃料電池用分離板及びこれを用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池は、電気化学反応によって燃料が持っている化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電装置であって、既存の燃焼機関に比べてエネルギー効率が高く、公害物質の排出がないため、小型から大規模システムまで適用範囲がとても広い。すなわち、燃料電池は、原理上熱機関が有する熱力学的制限（Ｃａｒｎｏｔ効率）を受けないので、既存の発電装置より発電効率が高く、無公害、無騒音で環境問題がほとんどないし、多様な容量に製作可能であり、電力需要地内で設置が容易なので、送変電設備を節減することができるなど、電力系統の運営面でも期待できる先端エネルギー発電装置である。
【０００４】
燃料電池の基本概念は、水素と酸素の反応によって生成される電子の利用で説明することができる。水素は燃料極を通過し、酸素は空気極を通過する。水素は電気化学的に酸素と反応して水を生成しながら電極に電流を発生させる。電子が電解質を通過しながら直流電力が発生し、付随的に熱も生産される。直流電流は、直流電動機の動力として使われたり、インバーターによって交流電流に変えて使われたりする。燃料電池で発生された熱は、改質のための蒸気を発生させるか、冷暖房熱で使われてもよく、使われない場合は、排気熱で排出される。燃料電池の燃料である水素は、純粋水素を利用するか、メタンやエタノールのような炭化水素を利用して改質という過程を通じて生産された水素を利用する。純粋な酸素は、燃料電池の効率を高めることができるが、酸素貯蔵による費用と重みが増加する問題がある。したがって、空気中に酸素がたくさん含まれているので、効率はちょっと落ちるが空気を直接利用することもある。
【０００５】
このような燃料電池の分離板は、燃料電池の形態維持、電子を移動させる役割、気体を供給する機能を有する。分離板の材料としては、形態維持と電子移動のために電気伝導度があるグラファイト、金属のような物質を使用するが、不導体の場合は、電気伝導度を有する物質を塗布して使用する。分離板の一部に形成された気体流路は反応気体が流れる通路であり、この気体流路を介して２枚の分離板の間に位置した電解質−電極接合体の電極に気体が供給されることで電気化学反応が起きて電気が発生する。
【０００６】
したがって、燃料電池用分離板は、燃料電池の空気極酸化雰囲気と燃料極還元雰囲気のいずれに安定しなければならないし、各燃料ガスの混合を防止できるように緻密でなければならないし、十分な電気伝導度を有さなければならない。
【０００７】
また、燃料電池用分離板には、気体の流れる流路が成形されなければならないが、この時、分離板の気体流路チャンネルの深さと幅、そしてパターンは、気体の流動を円滑にさせるために非常に重要である。
【０００８】
図１に図示されたように、従来分離板の流路形態は、直線形が主に使われたが、この場合、層流発生によって循環せずにガス流動が発生して、反応に参加しないで流れ出る燃料が多量発生する問題があたため、使った燃料を再利用する循環サイクルを作って問題を一部緩和させた。しかし、燃料の再利用のための循環サイクルを備えるために、別途の装置と費用が消耗される問題があった。
【０００９】
ここで、燃料電池用分離板に形成された流路構造を改善し、燃料電池の効率と性能を改善しようとする研究が進められている。
【００１０】
例えば、分離板に形成された流路にパターンを形成するものの、各パターンの距離を調節して流体の濃度を調節できる分離板（特許文献００１）、及び流路の後端に島（ｉｓｌａｎｄ）形態のパターンを形成して、流体が通過する時、渦流が形成されるようにした燃料電池用分離板（特許文献００２）が開発されたことがあるが、燃料電池の効率及び性能に係わって要求条件がさらに高くなるにつれ、燃料電池用分離板の流路に対してより精密な構造の改善が必要な実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１４−００７８９０４号
【特許文献２】韓国公開特許第２０１０−００８２５０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者らは、前記問題点を解決するために多角的に研究を行った結果、流路が形成された燃料電池用分離板で流路の内部に島（ｉｓｌａｎｄ）形態のパターンを形成する場合、前記流路内部で流体の不規則な流速分布及び均一な流量分布を誘導することで燃料電池の効率を向上させ、低加湿運転の際に、膜の乾燥を防ぐことができることを確認して本発明を完成した。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、流路内での不規則な流速分布及び均一な流量分布によって燃料電池の効率を向上させることができる流路構造を有する燃料電池用分離板を提供することである。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、改善された流路構造を有する分離板を含む燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、横チャンネルと縦チャンネルを含む流路が形成された燃料電池用分離板において、
前記横チャンネルに交互に離隔されて配列された第１パターン及び第２パターンを含み、
前記第１パターン及び第２パターンは、横断面が多角形の柱状の立体構造物であり、
前記第１パターン及び第２パターンは、横断面が互いに１８０゜回転された形状になるように配列され、
前記横チャンネルの側壁から前記第１パターン及び第２パターンがそれぞれ離隔された距離が相違することを特徴とする燃料電池用分離板を提供する。
【００１６】
この時、前記第１パターンは、前記横チャンネルの両側壁からそれぞれ離隔された距離が相違し、
前記第２パターンは、前記横チャンネルの両側壁からそれぞれ離隔された距離が相違することを特徴とする燃料電池用分離板。
【００１７】
前記多角形は、台形、三角形、平行四辺形、四角形、五角形及び六角形の中で選択された１種以上のものであってもよい。
【００１８】
また、本発明は、前記分離板を含む燃料電池を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による燃料電池用分離板に形成されたパターンの配列によって流路構造が改善されることによって、流路全体的に流速が不均一に分布される一方、流量は均一に維持されて燃料電池の性能と効率を向上させることができる。
【００２０】
言い換えれば、断面積が広い流路と断面積が狭い流路が一緒に分布され、断面積が広い流路から狭い流路に入って行く地点では、圧力が高くなって燃料電池の効率を向上させ、断面積が狭い流路から広い流路に入って行く地点では、乱流が発生して燃料の濃度を均一に混合することができるので、性能を向上させることができる。
【００２１】
また、流路内に形成されたパターンが台形横断面を有する柱状の立体構造物の場合、断面積が広い流路での遅い流速によって停滞されることがある水玉が台形の傾斜面に乗って、速い流速に会うことで、広い流路を通じて排出されるし、一部は流路でしずくになるので、燃料電池の低加湿運転の際に、膜の乾燥を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術による燃料電池用分離板に形成された流路の模式図である。
【図２】本発明による燃料電池用分離板に形成された流路の模式図である。
【図３】本発明による燃料電池用分離板に形成されることがある流路の形態を示した模式図である。
【図４】本発明による燃料電池用分離板でパターンが流路の横チャンネル内で配列された形態を示した模式図である。
【図５】実施例１による分離板に形成された流路の模式図であって、第１及び第２分離板が台形の横断面を有する柱状の場合、燃料電池用分離板の斜視図（ａ）及び流路の模式図（ｂ）である。
【図６】実施例２による分離板に形成された流路の模式図であって、第１及び第２分離板が三角形の横断面を有する柱状の場合、燃料電池用分離板の斜視図（ａ）及び流路の模式図（ｂ）である。
【図７】実施例３による分離板に形成された流路の模式図であって、第１及び第２分離板が平行四辺形の横断面を有する柱状の場合、燃料電池用分離板の斜視図（ａ）及び流路の模式図（ｂ）である。
【図８】比較例１による分離板に形成された流路の模式図である。
【図９】比較例２による分離板に形成された流路の模式図である。
【図１０ａ】実施例１による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果である。
【図１０ｂ】実施例１による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果である。
【図１０ｃ】実施例１による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果である。
【図１１ａ】実施例２による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）分析結果である。
【図１１ｂ】実施例２による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）分析結果である。
【図１２ａ】実施例３による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果である。
【図１２ｂ】実施例３による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果である。
【図１３】比較例１による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果である。
【図１４】比較例２による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果である。
【図１５】実施例１及び比較例１の燃料電池用分離板の電流密度（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ）とセル電圧（Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ）の相関関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に対して理解させるために、本発明をより詳しく説明する。
【００２４】
本明細書及び請求範囲で使われた用語や単語は、通常的であるか辞典的意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、自分の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
【００２５】
本明細書で使われた用語「横チャンネル」は、流路で横方向に形成された直線流路を意味し、「縦チャンネル」は、縦方向に形成された直線流路を意味する。
【００２６】
本明細書で使われた用語流路の「側壁」とは、直線型流路の両側面の壁面を意味する。
【００２７】
燃料電池用分離板
【００２８】
図２は、本発明による燃料電池用分離板に形成された流路の模式図である。
【００２９】
図２に図示されたように、本発明は、横チャンネル１１０と縦チャンネル１２０を含む流路１００が形成された燃料電池用分離板１に係り、燃料電池用分離板１は、前記横チャンネル１１０に交互に離隔されて配列された第１パターン１４１及び第２パターン１４２を含んで、第１パターン１４１及び第２パターン１４２は、横断面が多角形の柱状の立体構造物であり、第１パターン１４１及び第２パターン１４２は、横断面が互いに１８０゜回転された形状になるように配列され、前記横チャンネル１１０の側壁から前記第１パターン１４１及び第２パターン１４２がそれぞれ離隔された距離が相違することを特徴とする燃料電池用分離板１を示す。
【００３０】
図３は、本発明による燃料電池用分離板に形成されてもよい流路の形態を示した模式図である。
【００３１】
燃料電池用分離板１の流路１００は、横チャンネル１１０と縦チャンネル１２０を含む形態であってもよく、具体的には、曲射型（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ、図３のａ）、絡み合い型（ｉｎｔｅｒｇｒａｔｅｄ、図３のｂ）及び平行型（ｐａｒａｌｌｅｌ、図３のｃ）の中で選択された１種以上のものであってもよい。
【００３２】
流路１００の横チャンネル１１０の内部には、島形態の第１パターン１４１及び第２パターン１４２が交互に一定間隔で離隔されて配列されてもよい。
【００３３】
また、縦チャンネル１２０の内部には、横断面が直四角形である柱状のパターンが形成されてもよい。
【００３４】
第１パターン１４１及び第２パターン１４２は、横断面が多角形である柱状の立体構造物であって、前記多角形の横断面は、台形、三角形、四角形、五角形及び六角形の中で選択された１種であってもよく、第１パターン１４１及び第２パターン１４２による流路１００内での不規則な流速分布及び均一な流量分布を考慮すると、前記多角形の横断面は台形が好ましい。
【００３５】
このような多角形の幅は、０．１ｍｍから５ｍｍであってもよく、高さは０．１ｍｍから５ｍｍであってもよい。前記幅と高さが下限値未満の場合、加工が不可能なので、実際使用できる燃料電池を製作するのに費用の負担が大きくなることがあるし、上限値を超えて大きい場合、大きい多角形が流路と電解質膜の間の効率的な燃料伝達を防ぐので、実用性が低下されることがある。
【００３６】
図４は、本発明による燃料電池用分離板で、パターンが流路の横チャンネル内で配列された形態を示した模式図であって、パターンの横断面が台形の場合である。
【００３７】
図４に図示されたように、第１パターン１４１及び第２パターン１４２は、流路１００の内部に一定間隔のパターン間、離隔距離Ｄｗの分離隔されて配列されてもよい。
【００３８】
第１パターン１４１及び第２パターン１４２は、同じ大きさと形状を有する立体構造物や、流路１００内に配列される時は、互いに１８０゜回転された形状になるように配列されてもよく、上述したような多角形を互いに１８０゜回転された形状になるように交互に配列されるようにすることで、不規則な流速分布、一定した流量分布を具現できるようにして、燃料電池の性能及び効率を向上させることのできる燃料電池用分離板を提供することができる。
【００３９】
第１パターン１４１及び第２パターン１４２は、それぞれ横チャンネル１１０内で横チャンネル１１０の両側壁１３０から離隔されて配列されるものであってもよい。この時、横チャンネル１１０の両側壁１３０は、それぞれ第１側壁１３１及び第２側壁１３２という。
【００４０】
第１パターン１４１において、第１パターン１４１と横チャンネル１１０の第１側壁１３１との離隔された距離を第１パターン離隔距離１（１ａ）とし、第１パターン１４１と流路１００の第２側壁１３２との距離を第１パターン離隔距離２（１ｂ）とする。この時、離隔距離は、パターンと流路１００の横チャンネル１１０側壁１３０の間の最短距離である直線距離を意味する。
【００４１】
また、第２パターン１４２で、第２パターン１４２と流路１００の第１壁面１０１ｗとの離隔された距離を第２パターン離隔距離１（２ａ）とし、第２パターン１４２と流路１００の第２側壁１３２との距離を第２パターン離隔距離２（２ｂ）とする。
【００４２】
第１パターン１４１で、第１パターン離隔距離１（１ａ）と第１パターン離隔距離２（１ｂ）は相違し、第２パターン１４２で、第２パターン離隔距離１（２ａ）と第２パターン離隔距離２（２ｂ）は相違する。
【００４３】
第１パターン１４１において、横チャンネル１３０の両側壁１３１、１３２との離隔された距離１ａ、１ｂが相違することによって、第１パターン１４１が流路１００の横チャンネル１３０の中央に位置しなくなり、これによって、第１パターン１４１の両側に形成される二つの流路の断面積が相違するようになるので、流速も相違するようになる。
【００４４】
第２パターン１４２においても、やはり横チャンネル１３０の両側壁１３１、１３２との離隔された距離２ａ、２ｂが相違することによって、第２パターン１４１が流路１００の中央に位置しなくなり、これによって、第２パターン１４２の両側に形成される二つの流路の断面積が相違するようになるので、流速も相違するようになる。
【００４５】
また、第１パターン１４１と第２パターン１４２がそれぞれ流路１００の第１側壁１３１から離隔された距離である第１パターン離隔距離１（１ａ）及び第２パターン離隔距離１（２ａ）は相違し、第２側壁１３２から離隔された距離である第１パターン離隔距離２（１ｂ）及び第２パターン離隔距離２（２ｂ）も相違する。
【００４６】
第１パターン１４１と第２パターン１４２が流路１００の横チャンネル１３０の第１側壁１３１から離隔された距離が相違することによって、断面積が相違する流路が形成されてもよい。
【００４７】
例えば、断面積が大きい流路から断面積が小さい流路へ流体が流れる地点では、局部的圧力が生成されて乱流が発生するボトルネック地域が形成され、ボトルネック地域での高い圧力によって燃料電池の効率が向上されることがある。
【００４８】
逆に、断面積が小さい流路から断面積が大きい流路へ流体が流れる地点では、流体が流れる流動方向の差によって乱流が発生する合流地域が形成され、乱流は燃料の濃度が均一になるように混ぜてくれる役割をすることができる。
【００４９】
また、流体が流れる間に水が生成されると、大体断面積の大きい流路へ排出されて一部が狭い地域でしずくになるので、燃料電池の低加湿運転時に分離板の乾燥を防止することができる。
【００５０】
本発明は、また前記燃料電池用分離板を含む燃料電池を示す。
【００５１】
前記燃料電池用分離板を含む燃料電池は、分離板に形成された流路のパターン形状によって、流路が全体的に不均一な流速分布を有しつつも流量は均一なので、効率及び性能が向上されることができるし、低加湿の条件で運転する時にも乾燥を防止することができる。
［発明を実施するための形態］
【００５２】
以下、本発明を理解させるために、好ましい実施例を示すが、下記実施例は、本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であることは当業者にとって明白なことであり、このような変更及び修正が添付の特許請求範囲に属することも当然なことである。
【００５３】
下記実施例及び比較例の燃料電池用分離板に形成された流路の具体的な形状及び大きさは、表１に記載したとおりである。
【表１】
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【００５４】
実施例１：流路内部の中央に横断面が台形の柱状のパターンが一定間隔で配列された燃料電池用分離板
【００５５】
図５に図示されたように、流路にパターンが形成された燃料電池用分離板を準備し、ａは燃料電池用分離板の斜視図、ｂは分離板に形成された流路の模式図である。
【００５６】
直線流路が曲射型に形成された燃料電池用分離板１において、流路１００の横チャンネル１１０に横断面が台形の柱状のパターンが一定間隔で離隔されて配列され、隣接した二つのパターン、つまり、第１パターン１４１と第２パターン１４２は、横断面が互いに１８０゜回転された形状を持つように配列される。
【００５７】
前記表１に記載されたように、第１パターン１４１が流路１００横チャンネル１１０の第１側壁１３１及び第２側壁１３２からそれぞれ離隔された距離である第１パターン離隔距離１（１ａ）及び第１パターン離隔距離２（１ｂ）は、５０μｍ及び１０００μｍで、第２パターン１４２が流路１００横チャンネル１１０の第１側壁１３１及び第２側壁１３２からそれぞれ離隔された距離である第２パターン離隔距離１（２ａ）及び第２パターン離隔距離２（２ｂ）は、１０００μｍ及び５０μｍであり、隣接した二つのパターン間の離隔距離Ｄｗ７００μｍである。
【００５８】
実施例２：流路内部の中央に横断面が三角形の柱状のパターンが一定間隔で配列された燃料電池用分離板
【００５９】
実施例１と同じ形態を有するが、ただ流路に形成されたパターンが台形ではない三角形の燃料電池用分離板を準備した。
【００６０】
図６は、実施例２による分離板に形成された流路の模式図であって、第１及び第２分離板が三角形の横断面を有する柱状の場合、燃料電池用分離板の斜視図（ａ）及び流路の模式図（ｂ）である。
【００６１】
実施例３：流路内部の中央に横断面が三角形の柱状のパターンが一定間隔で配列された燃料電池用分離板
【００６２】
実施例１と同じ形態を有するが、ただ流路に形成されたパターンが台形ではない平行四辺形の燃料電池用分離板を準備した。
【００６３】
図７は、実施例３による分離板に形成された流路の模式図であって、第１及び第２分離板が平行四辺形の横断面を有する柱状の場合、燃料電池用分離板の斜視図（ａ）及び流路の模式図（ｂ）である。
【００６４】
比較例１：直線流路曲射型に形成された燃料電池用分離板
【００６５】
図８に図示されたように、直線流路が曲射型に形成された燃料電池用分離板を準備した。
【００６６】
比較例２：流路内部の中央に横断面が台形の柱状のパターンが一定間隔で配列された燃料電池用分離板
【００６７】
図９に図示されたように、流路の中央にパターンが配列されて形成された燃料電池用分離板を準備し、ａは燃料電池用分離板の模式図、ｂは分離板に形成された流路の模式図である。
【００６８】
実施例１と同じ形状で第１パターン１４１及び第２パターン１４２が配列された流路１００を含む燃料電池用分離板であるが、ただし、第１パターン１４１及び第２パターン１４２が流路１００の中央に配列されるようにした。
【００６９】
すなわち、前記表１に記載されたように、第１パターン１４１と第２パターン１４２が流路１００横チャンネル１１０の第１側壁１３１及び第２側壁１３２からそれぞれ離隔された距離である第１パターン離隔距離１（１ａ）、第１パターン離隔距離２（１ｂ）、第２パターン離隔距離１（２ａ）及び第２パターン離隔距離２（２ｂ）は、いずれも同一に７５０μｍであり、隣接した二つのパターン間の離隔距離Ｄｗ７００μｍである。
【００７０】
実験例１：ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）分析
【００７１】
実施例１から３及び比較例１の燃料電池用分離板に対するＣＦＤ分析を実施し、流路形態による流線形態及び流速分布を分析した。
【００７２】
図１０ａから１０ｃは、本発明の実施例１による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果である。
【００７３】
図１０ａは、燃料電池用分離板に形成された流路での流量分布を示したもので、実施例１による燃料電池用分離板では、流路内で第１及び第２パターンの配列によって断面積が相違する流路が形成され、断面積が相違する流路が交わる交差点Ａ、Ｂで渦流が発生することが分かる。流路内で渦流が発生することによって、流動特性の改善効果を期待することができる。
【００７４】
また、図１０ｂは、燃料電池用分離板に形成された流路での流速分布を示したもので、実施例１による燃料電池用分離板では、流路内で第１及び第２パターンの配列によって、断面積が相違する流路が形成され、断面積が小さい流路では流速が速くて、断面積が大きい流路では流速が小さいので、流路全般にわたって均一でない流速分布を示すことが分かる。
【００７５】
また、図１０ｃは、燃料電池用分離板に形成された流路での流速分布をより具体的に示したもので、断面積が小さい流路Ｆ１で流速が速いと示され、断面積が大きい流路Ｆ２では相対的に流速が遅いが、パターンの台形の斜辺によって流体の流れが集中され、流速が速くなるものと示され、流路全体的に均一な流量分布を示すようにするために、速い流速が表れる部分がパターンの両側で交互に表れるように、パターンを配列することができる。また、パターンの間に形成された流路Ｆ３で、遅い流速によって停滞されることがある水玉は、重力によって横断面が台形であるパターンの斜辺に沿って流れるようになり、速い流速に会えると、迅速に流れの方向が移動して排出されることができる。言い換えれば、流路内で水が生成される場合、大概は広い流路を介して排出され、一部は狭い流路でしずくになるので、燃料電池の低加湿運転の際に、分離板の乾燥を防止することができる。
【００７６】
図１１ａ及び１１ｂは、実施例２による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果である。
【００７７】
図１１ａ及び１１ｂを参照すれば、実施例２の三角形パターンは、実施例１の台形パターンに比べて相対的に個別パターンの面積が減少されるので、流路全般的に平均流速が減少する傾向を示す。しかし、実施例１と同様、流路内で三角形パターンの配列によって断面積が相違する流路が形成され、このように断面積が相違する流路が会う地点で乱流と流速変化による渦流が発生することが分かる。流路内で渦流が発生することによって、流動特性の改善効果を期待することができる。
【００７８】
図１２ａ及び１２ｂは、実施例３による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果である。
【００７９】
図１２ａ及び１２ｂを参照すれば、実施例３の平行四辺形パターンは、実施例１の台形パターンに比べて相対的に個別パターンの面積が増加されるので、流路全般に平均流速が増加する傾向を示す。しかし、実施例１と同様、流路内で平行四辺形パターンの配列によって、断面積が相違する流路が形成され、このように断面積が相違する流路が会う地点で乱流と流速変化による渦流が発生することが分かる。流路内で渦流が発生することによって、流動特性の改善効果を期待することができる。
【００８０】
図１３は、比較例１による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果で、図１４は、比較例２による燃料電池用分離板に形成された流路に対するＣＦＤ分析結果である。
【００８１】
図１３に図示されたように、比較例１による燃料電池用分離板に形成された直線流路では、流路全体的に流速が一定で、渦流が発生しないものと示された。
【００８２】
また、図１４に図示されたように、比較例２による燃料電池用分離板に形成された流路は、パターンの両側に形成された流路で層流（ｌａｍｉｎａｒ  ｆｌｏｗ）が発達して同一流線上に流速の変化がなく、これによって渦流が表れないことが分かる。
【００８３】
このように、実施例１から実施例３による燃料電池用分離板に対する流動解釈によると、パターンと流路の壁面の間の距離が反復的に相違するように表れるように流路内部にパターンが配列される場合、つまり、相違する断面積を有する流路が繰り返される場合、断面積が広い流路から断面積が小さい流路の方へ誘導する斜辺が存在すれば、渦流が発生して流動特性が改善する効果を期待できるということを確認することができる。
【００８４】
実験例２：電流密度（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ）とセル電圧（Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ）の相関関係
【００８５】
実施例１及び比較例１の燃料電池用分離板に対して、電流密度（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ）とセル電圧（Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ）の相関関係を測定した。
【００８６】
図１５は、実施例１及び比較例１の燃料電池用分離板の電流密度（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ）とセル電圧（Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ）の相関関係を示したグラフ（Ｉ−Ｖ Ｃｕｒｖｅ）である。
【００８７】
図１５に図示されたように、実施例１及び比較例１の燃料電池用分離板は、電流密度が増加することによって電圧が減少することが分かる。電流密度が大きくなることによって、電圧降下量の差が大きくなることは、多量の電流を生成する時、酸素及び水素の物質移動による現象として知られている。
【００８８】
したがって、実施例１の場合、比較例１に比べて物質移動による電圧降下現象が相当改善されたことが分かる。
【００８９】
下記表１は、実施例１及び比較例１の燃料電池用分離板に対して、特定セル電圧、つまり、０．６Ｖ及び０．７Ｖでの電流密度を測定した結果である。
【表２】
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前記表１に示されたように、セル電圧が０．６Ｖ及び０．７Ｖの時、実施例１が比較例１に比べて、いずれも高い電流量を表すことが分かるし、これによって、実施例１が比較例１に比べてさらに高い効率と出力を示すことが分かる。
【符号の説明】
【００９０】
１：燃料電池用分離板
１００：流路
１１０：横チャンネル
１２０：縦チャンネル
１３０：側壁
１３１：第１側壁
１３２：第２側壁
１４０：パターン
１４１：第１パターン
１４２：第２パターン
１ａ：第１パターン離隔距離１
１ｂ:第１パターン離隔距離２
２ａ：第２パターン離隔距離１
２ｂ：第２パターン離隔距離２
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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